Как се променя обемната фракция на делта ферит, задържан след отгряване на разтвора на тръбата на обвивката на нагревателя 316, контрол на устойчивостта на питинг във вода с високо-хлорид (5000 ppm) при 60 градуса

Двуфазната микроструктура като фактор на корозия

Обемната фракция на задържания делта ферит в аустенитната матрица е важен, но често пренебрегван фактор в съпротивлението на питинг на електрически нагревателни тръби, облицовани с неръждаема стомана 316 за среди с високо съдържание на хлорид, включително нагреватели за морска вода (приблизително 20 000 ppm Cl⁻), солени водни системи (5 000-10 000 ppm Cl⁻), или промишлени нагреватели за саламура. Делта феритът (δ-ферит) е центрирана кубична (BCC) фаза, която се образува по време на втвърдяване и може да остане след отгряване в разтвор в зависимост от състава на сплавта (по-специално съотношението хром-към-никел еквивалент). Умереното съдържание на делта ферит (3-8%) е благоприятно за устойчивост на горещо напукване на заваръчния шев. Делта феритът е по-малко устойчив на питинг в хлоридни условия от аустенита. За нива на делта ферит > 5-8 % във вода с високо съдържание на хлорид при 60 градуса C, потенциалът на питинг се намалява с 100 - 200 mV и скоростта на разпространение на питинг се увеличава с коефициент 2 - 3. Тази статия оценява връзката между обемния процент на делта ферит и устойчивостта на питинг при обслужване с високо съдържание на хлорид.

Механизъм на селективна делта феритна атака

Химическият състав на делта ферит в неръждаема стомана 316 е различен от околния аустенит. Феритът е богат на хром (около 26-28% Cr във ферит в сравнение с 15-18% Cr в аустенит), но е обеднен на никел (3-6% Ni във ферит в сравнение с 10-14% Ni в аустенит) и молибден (около 1,5-2,0% Mo във ферит в сравнение с 2,0-2,5% Mo в аустенит). В условия с високо съдържание на хлорид делта феритът има по-ниска концентрация на молибден и никел и следователно е аноден спрямо аустенита. Пасивният филм върху ферит също е по-малко стабилен отколкото върху аустенит поради различната кристална структура (BCC срещу FCC). Предпочитание ямките да произхождат от границата на фазата ферит-аустенит и след това да преминават бързо през феритната фаза, оставяйки аустенита непокътнат. В резултат на това се получава характерна "гъбеста" или "селективна излугваща" морфология, при която феритът се елиминира селективно, което води до мрежа от взаимосвързани пори, които могат да се разпространят по дебелината на стената по-бързо от равномерното питинг.

Количествена корелация между делта ферит и устойчивост на питинг

Ефективността на питинг на 316 тръби с различно съдържание на делта ферит (управляван чрез малки вариации на състава за контрол на еквивалента на Ni) е оценена чрез 5000 часа контролирано изпитване на потапяне в симулирана морска вода (5000 ppm Cl-, pH 7,5, 60 градуса).

Обемна фракция на делта ферит (%) Критична температура на питинг (градус, в 5000 ppm Потенциал на питинг 60 градуса (mV срещу SCE, 5000 ppm Cl-) Максимална дълбочина на питинг след 5000 часа (µm) Време до перфорация (1,5 mm стена) Препоръчва се за 5000 ppm Cl⁻, Обслужване на 60 градуса<1 (totally austenitic) 65-70 250-300 <20 >35 години Да
1-3 60-65 230-280 20-40 15-30 години Да 3-5 55-60 200-250 40-70 8-15 години Приемливо 5-8 50-55 170-210 70-120 5-8 години Пределно 8-10 45-50 150-180 120-180 3-5 години Не се препоръчва
10-15 40-45 120-150 180-250 2-3 години Не се приема
15-20 35-40 100-130 250-350 1.5-2 years Unacceptable >20 <35 <100 >350 <1.5 years Unacceptable 
Ефект на концентрацията на хлорид върху толерантността към делта ферит

Увеличаването на концентрацията на хлорид увеличава вредния ефект на делта ферит. Можете да получите повече ферит, ако намалите съдържанието на хлорид. Таблицата по-долу показва максимално допустимия делта ферит за 5-годишно обслужване при различни концентрации на хлорид и при 60 градуса.

Концентрация на хлорид (ppm) Максимален делта ферит за 5 години живот (%) Препоръчителна алтернатива на сплав, ако феритът превиши лимита<1,000 <15 Standard 316None required 1,000-3,000 <8 316 with Ni adjustment 316L (similar) 3,000-5,000 <5 316L with regulated chemistry Duplex 2205 5,000-10,000 <3 316L (low ferrite grade) Duplex 2205 or 904L
10,000-20,000 <1 316 marginal Duplex 2205 or titanium >20 000 (морска вода) 0 (само напълно аустенит) 316 не се препоръчва Титан или сплав 625
Контролиране на делта ферит чрез модифициране на химията

Съдържанието на делта ферит 316 се контролира от еквиваленти на хром и никел (диаграма на Schaeffler-DeLong). Препоръчват се следните химични модификации за намаляване на ферита за високо-хлоридно обслужване:

Увеличете Ni: целеви Ni=11-13% (нормален диапазон 10-14%, предпочита се по-висок край)

По-ниско съдържание на хром: Стремете се към Cr=16-17% (срещу нормално 16-18%, нисък клас)

Увеличете съдържанието на азот Азотът е мощен стабилизатор на аустенит (0,05-0,10%), цел 0,08-0,10% N

Феритни стимулиращи елементи: Силиций (По-малко или равно на 0,5%) Молибден (По-малко или равно на 2,2% в сравнение с 2,5%)

Типичните проценти на ферит за различни 316 химикали са показани в таблицата по-долу.

Клас Име Типичен Ni (%) Типичен Cr (%) Типичен Mo (%) Типичен N (%) Делта Ферит Обемна фракция (%) 316 (нисък Ni) 10.0-10.5 17.5-18.0 2.0-2.2 0.04-0.06 8-15 316 (стандартен) 10.5-11.0 17.0-17.5 2.1-2.3 0.06-0.08 5-10 316 (висок Ni) 11.0-12.0 16.5-17.0 2.2-2.4 0.08-0.10 2-5 316L (изключително нисък C, висок Ni) 11.5-13.0 16.0-17.0 2.2-2.5 0.08-0.12 0-3 316L (премиум, напълно аустенит) 12.0-13.0 16.0-16.5 2.3-2.5 0.10-0.12<1 Field Identification of Delta Ferrite-Selective Attack

Ако видите нагревател 316, работещ във вода с високо-хлорид (5000-10 000 ppm Cl-) при 60 градуса с уникална питинг морфология, подозирайте атака на делта ферит. По време на металографско изследване (оптичен микроскоп при 200-500×, ецван с реагент на Beraha или електролитен NaOH) феритната фаза се появява като тъмни ецващи острови в по-светлата аустенитна матрица. В корозиралите проби феритните острови ще показват преференциално разтваряне и ще изглеждат като кухини или порести зони. Рентгеновата дифракция може да покаже наличието на ферит (BCC пикове), както и аустенит (FCC пикове). За обслужване с високо съдържание на хлорид отговорът е да се уточнят тръби с 3-5% ферит, което може да се направи чрез заявка на "нисък ферит" или "напълно аустенитен" клас от мелницата, обикновено обозначен като "316L с контролиран ферит" или изпълняващ ASTM A262 Практика A с A (стъпкова) структура.

Заключение: Специфициране на ферит с ниска делта за приложения с високо съдържание на хлорид

For 316 stainless steel encased heaters in high-chloride water (5,000 ppm Cl-) at 60°C, delta ferrite volume fractions >5-8% намаляват устойчивостта на питинг и увеличават скоростта на разпространение на питинг, намалявайки времето до перфорация от 8-15 години на 3-5 години. За хлориди над 5000 ppm делта феритът трябва да се поддържа под 3-5%; за солена вода (20 000 ppm Cl⁻) напълно аустенитни (феритни<1%) is necessary, and even then 316 is minimal. When specifying 316 sheaths for high-chloride duty, engineers should seek a mill certificate with ferrite measurement (by ferritescope or image analysis) and specify maximum ferrite concentration (e.g., <5%). For critical applications, it is recommended to upgrade to duplex 2205 (which has a ferrite-austenite duplex structure-a distinct mechanism and is specifically developed for high-chloride duty) or titanium. The approach described here relating delta ferrite volume percentage to quantifiable pitting rates in high-chloride water allows buyers to specify 316 tubing with an optimised phase balance for hostile chloride environments.